---
title: 结构化开发方法
---

主流的开发方法有两大类，一类是结构化开发方法，另一类是面向对象开发方法。

## 系统分析与设计概述
<img src="https://wkq-img.oss-cn-chengdu.aliyuncs.com/20241024224529.png"/>

系统分析过程一般按如图所示的逻辑进行：
1. 认识、理解当前的现实环境，<RedSpan>获得当前系统的“物理模型”。</RedSpan>
2. 从当前系统的“物理模型” <RedSpan>抽象出当前系统的“逻辑模型”。</RedSpan>
3. 对当前系统的 “逻辑模型”进行分析和优化，<RedSpan>建立系统的“逻辑模型”</RedSpan>。
4. 对目标系统的逻辑模型具体化（物理化），<RedSpan>建立目标系统的物理模型。</RedSpan>

<RedSpan>系统开发的目的是现有系统的物理模型转化为目标系统的物理模型</RedSpan>，即图中所描述的路径，而 <RedSpan>系统分析阶段的结果是得到目标系统的逻辑模型。</RedSpan>逻辑模型反映了系统的功能和性质，而物理模型反映的是系统的某一种具体实现方案。

### 系统设计的基本原理
系统设计的基本原理有抽象、模块化、信息隐蔽、模块独立。

### 模块独立标准                                                                                                                                                                       （必考重点）
衡量模块独立程度的标准有两个：模块之间的耦合性和模块内的内聚性。内聚程度从低到高如下表所示：


| 内聚分类 | 定义                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               | 记忆关键字         |
|------|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|---------------|
| 偶然内聚 | 模块内的功能彼此之间没有明确的关系，是最差的内聚度，模块内的功能完全独立、且没有共同的目标                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    | 无直接关系         |
| 逻辑内聚 | 模块内执行若干个逻辑上相似的功能，通过参数确定该模块完成哪一个功能                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                | 逻辑相似，参数决定     |
| 时间内聚 | 把需要同时执行的动作组合在一起形成的模块                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             | 同时执行          |
| 过程内聚 | 一个模块完成多个任务，这些任务必须按指定的过程执行                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        | 指定的过程顺序       |
| 通信内聚 | 模块内的所有处理元素都在同一个数据结构上操作，或者各处理使用相同的输入数据或者产生相同的输出数据                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 | 相同数据结构，相同输入输出 |
| 顺序内聚 | 一个模块中的各个处理元素都密切相关与同一个功能且必须顺序执行，前一个功能元素的输出就是下一个功能元素的输入                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            | 顺序执行，输入为输出    |
| 功能内聚 | 最强的内聚，模块内的所有功能共同作用完成一个任务                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   ，缺一不可 | 共同作用，缺一不可     |

耦合程度从低到高如下表所示：


| 耦合分类  | 定义                                                 | 记忆关键字         |
|-------|----------------------------------------------------|---------------|
| 无直接耦合 | 两个模块之间没有直接的关系，它们分别从属于不同的模块的控制与调用，不传递任何信息           | 无直接关系         |
| 数据耦合  | 两个模块之间有调用关系，传递的是简单的数据值，相当于高级语言中的值传递                | 传递数据值调用       |
| 标记耦合  | 两个模块之间传递的是数据结构                                     | 传递数据结构        |
| 控制耦合  | 一个模块调用另一个模块时，传递的是控制变量，被调用模块通过该控制变量的值有选择的执行模块内的某一功能 | 控制变量、选择执行某一功能 |
| 外部耦合  | 模块间通过软件之外的环境联合（如 I/O 将模块耦合到特定的设备上、格式、通信协议上）时       | 软件外部环境        |
| 公共耦合  | 通过一个公共数据环境相互作用的那些模块间的耦合（全局的数据变量，不用于传递）             | 公共数据结构        |
| 内容耦合  | 当一个模块直接使用另一个模块的内部数据，或通过非正常入口转入另一个模块内部时             | 模块内部关联        |


:::tip
耦合是针对模块与模块之间，耦合越低越好；
内聚指的是一个模块内部的功能点之间的关联度，内聚越高越好；
:::

### 总体结构设计（概要设计）
系统总体结构设计是要根据系统分析的要求和组织的实际情况 <RedSpan>对新系统的总体结构形式和可利用的资源进行大致设计</RedSpan>，这是一种宏观、总体上的设计和规划。

:::tip
系统是由那些模块组成的，模块与模块之间怎么联系的，得出整个系统的模块结构图。
:::

#### 系统结构设计的原则
1. 分解-协调原则
2. 自顶向下的原则
3. 信息隐蔽、抽象的原则
4. 一致性原则
5. 明确性原则
6. 高内聚、低耦合
7. 多扇入、少扇出
8. 模块的规模适当
#### 子系统划分的原则
1. 子系统要具有相对独立性
2. 子系统之间数据的依赖性尽量小
3. 子系统划分的结果应使数据冗余较小。
4. 子系统的设置应考虑今后管理发展的需要。
5. 子系统的划分应便于系统分阶段实现。
6. 子系统的划分应考虑各类资源的充分利用。

:::tip
子系统是比模块更高的一个级别，当成模块理解即可。
:::
子系统结构设计的任务是确定划分后的子系统模块结构，并<RedSpan>画出模块结构图</RedSpan>。在这个过程中必须考虑以下几个问题。

1.  每个子系统如何划分成多个模块
2. 如何确定子系统之间、模块之间传送的数据及其调用关系。
3. 如何评价并改进模块结构的质量。
4. <RedSpan>如何从数据流图导出模块结构图</RedSpan>。

:::tip
结构化分析阶段产生了三大模型，功能模型（数据流图）、行为模型（状态转换图）、数据模型（E-R 图）以及数据字典。设计阶段的产出是模块结构图，其实就是将分析阶段的数据流图转换为模块结构图。
:::
### 系统模块结构设计（详细设计）
模块是组成系统的基本单位，它的特点是可以 <RedSpan>组合、分解和更换</RedSpan>。系统中的 <RedSpan>任何一个处理功能都可以看成是一个模块</RedSpan>。根据功能具体化程度的不同，模块可以分为 <RedSpan></RedSpan>逻辑模块和物理模块


一个模块应具备以下四个要素。
1. 输入和输出
2. 处理功能：指模块把输入转换成输出所做的工作。
3. 内部数据：指仅供该模块本身引用的数据。
4. 程序代码：只用来实现模块功能的程序。

前两个要素是模块的外部特性，反映了模块的外貌。后两个要素是模块的内部特征。


:::tip
模块可以当成一个函数去理解
:::

模块结构图为了保证设计工作的顺利进行，结构设计应遵循以下原则。
1. 所划分的模块其内部的凝聚性要强，模块之间的联系要少，即模块具有很强的独立性。
2. 模块之间的连接只能存在上下级之间的调用关系，不能有同级之间的横向往来。
3. 整个系统呈树状结构，不允许网状结构或交叉调用关系出现。
4. 所有模块（包括后继 IPO 图）都必须严格地分类编码并建立归档文件。

<RedSpan>模块结构图主要关心的是模块的外部属性</RedSpan>，即上下级模块、同级模块之间的数据传递和调用关系，并不关心模块的内部。


## 结构化的开发方法

结构化分析与设计方法是一种 <RedSpan>面向数据流</RedSpan>的传统软件开发方法，它以数据流为中心构建软件的分析模型和设计模型。结构化分析（Structured Analysis，SA）、结构化设计（Structured Design，SD）和结构化程序设计（Structured Programming Design，SPD）构成了完整的结构化方法。

### 结构化分析
结构化方法的分析结构由以下几部分组成：<RedSpan>一套分层的数据流图、一本数据字典、一组小说明（也称为加工逻辑说明）、补充材料。</RedSpan>



#### 数据流图 DFD

数据流图描述 <RedSpan>数据在系统中如何被传送或变换</RedSpan>，以及如何对数据流进行变换的功能或子功能，用于对功能建模。
<img src="https://wkq-img.oss-cn-chengdu.aliyuncs.com/20241025004842.png"/>
数据流: 由一组固定成分的数据组成，表示数据的流向。在 DFD 中，<RedSpan>数据的流向必须经过加工</RedSpan>

加工：描述了输入数据流到输出数据流之间的变换，数据流图中常见的三种错误如图所示：
* 加工 3.1.2 有输入但是没有输出。称之为 “黑洞”
* 加工 3.1.3 有输出但没有输入。称之为“奇迹”
* 加工 3.1.1 中输入不足以产生输出，我们称之为灰洞。

数据存储：用来存储数据

外部实体（外部主题）：是指存在于 <RedSpan>软件系统之外的</RedSpan>人员或组织，它指出系统所需数据的发源地（源）和系统所产生的数据的归宿地（宿）
<img src="https://wkq-img.oss-cn-chengdu.aliyuncs.com/20241025215411.png"/>

##### 分层数据流图
下面是一个数据流图自顶向下逐层分解的例子。

顶层数据流图反映的是系统与外部实体之间的交互，没有反映系统内部的细节。

<img src="https://wkq-img.oss-cn-chengdu.aliyuncs.com/20241025222745.png"/>

<img src="https://wkq-img.oss-cn-chengdu.aliyuncs.com/20241025222802.png"/>
<img src="https://wkq-img.oss-cn-chengdu.aliyuncs.com/20241025223854.png"/>

:::tip
考试中一般只考顶层和 0 层。
:::
#### 数据字典 DD
数据流图描述了系统的分解，但没有对图中的各成分进行说明。<RedSpan>数据字典就是为数据流图中的每个数据流、文件、加工，以及组成数据流或文件的数据项做出说明。</RedSpan>

数据字典有以下 4 类条目：<RedSpan>数据流、数据项、数据存储和基本加工</RedSpan>


| 符号           | 定义   | 举例及说明                       |
|--------------|------|-----------------------------|
| =            | 被定义为 |                             |
| +            | 与    | x = a+b, 表示 x 由 a 和 b 组成    |
| `[...\|...]` | 或    | x=`[a\|b]`,表示 x 由 a 或 b 组成  |
| `{......}`   | 重复   | x=`{a}`, 表示 x 由 0 各或多个 a 组成 |



加工逻辑也称为“小说明”。常用的加工逻辑描述方法有 <RedSpan>结构化语言、判定表和判定树 3 种。</RedSpan>
:::tip
数据字典并不会去说明外部实体，认为外部实体不是系统内部的东西。
:::

### 结构化设计

结构化设计（Structured Design，SD）方法是一种 <RedSpan>面向数据流</RedSpan>的设计方法，它可以与 SA 方法衔接。结构化设计方法的基本思想是 <RedSpan>将系统设计成由相对独立、功能单一的模块组成的结构</RedSpan>。

结构化设计方法中用 <RedSpan>结构图（Structured Chart）来描述软件系统的体系结构，</RedSpan>指出一个软件系统由那些模块组成，以及模块之间的调用关系。模块结构图是结构化设计的工具，由 <RedSpan>模块、调用、数据、控制和转换</RedSpan>五种基本符号组成。

:::tip
结构化设计的主要任务是将结构化分析产生的数据流图转换成模块结构图。
:::

<RedSpan>**结构化设计主要包括**</RedSpan>：
* <RedSpan>体系结构（架构）设计</RedSpan>：定义软件的主要结构元素及其关系。
* <RedSpan>数据设计</RedSpan>： 基于实体联系图确定软件涉及的文件系统的结构及数据库的表结构。（和存储相关，依赖 E-R 图）
* <RedSpan>接口设计</RedSpan>：描述用户界面，软件和其它硬件设备，其它软件系统及使用人员的外部接口，以及各种构件之间的内部接口。（模块之间的接口和数据流是相关的）
* <RedSpan>过程设计（详细设计）</RedSpan>： 确定软件各个组成部分内的算法及内部数据结构，并选定某种过程的表达形式来描述各种算法。









## WebApp 分析与设计（不考）

WebApp 是基于 web 的系统和应用。大多数 WebApp 采用 <RedSpan>敏捷开发过程模型</RedSpan>进行开发

### WebApp 的特性
1. <RedSpan>网络密集型</RedSpan>： WebApp 驻留在网络上，服务于不同客户全体的需求。网络提供开放的访问和通信（如企业内联网）。
2. <RedSpan>并发性</RedSpan>。大量用户可能同时访问 WebApp，很多情况下最终用户的使用模式存在很大的差异。
3. <RedSpan>无法预知负载量</RedSpan>。WebApp 的用户数量每天都可能有数量级的变化。例如，周一显示有 100 个用户使用系统，周四就很有可能会有 10000 个用户。
4. <RedSpan>性能</RedSpan>。如果一位 WebApp 用户必须等待很长时间（访问、服务器处理、客户端格式化显示），该用户就可能转向其它地方。
5. <RedSpan>可用性</RedSpan>。尽管期望百分之百的可用性是不切实际的，但是对于热门的 WebApp，用户通常要求能够 24*7*365 （全天候）访问。
6. <RedSpan>数据驱动</RedSpan>。许多 WebApp 的主要功能是使用超媒体向最终用户提供文本、图片、音频及视频内容。除此之外，WebApp 还常被用来访问那些存储在 Web 应用环境之外的数据库中的信息。

### WebApp 五种需求模型
1. 内容模型：给出由WebAp提供的全部系列内容，包括文字、图形、图像,音频和视频。包含结构元素，为WebApp的内容需求提供了一个重要的视图。这些结构元素包含内容对象和所有分析类，在用户与WebApp交互时生成并操作用户可见的实体。

2. 交互模型:描述了用户与WebApp采用了哪种交互方式。由一种或多种元素构成，包括用例顺序图、状态图、用户界面原型等。
3. 功能模型:许多webApp提供大量的计算和操作功能，这些功能肉容直接相关(既能使用又能生成内容，如统计报表)。这些功能常常以角的交互活动为主要目标。功能模型定义了将用于WebApp内容并描述其他处理功能的操作这些处理功能不依赖于内容却是最终用户所必需的。
4. 导航模型:为WebApp定义所有导航策略。考虑了每一类用户如何从一个WebApp元素(如内容对象)导航到另一个元素。
5. 配置模型描述webApp所在的环境和基础设施。在必需考虑复杂配置体系结构的情况下，可以使用UML部署图。

### WebApp 设计
1. 架构设计:描述将以什么方式来管理用户交互、操作内部处理任务、实现导航及展示内容。MVC(模型-视图-控制器)结构是WebApp基础结构模型之一将webApp功能及信息内容分离。
2. 构件设计WebApp构件:定义良好的聚合功能，为最终用户处理内容或提供计算或处理数据;内容和功能的聚合包，提供最终用户所需要的功能。因此，WebApp构件设计通常包括内容设计元素和功能设计元素。构件级内容设计:关注内容对象，以及包装后展示给最终用户的方式，应该适合创建的WebApp特性。构件级功能设计:将WebApp作为一系列构件加以交付，这些构件与信息体系结构并行开发，以确保一致性。
3. 内容设计:着重于内容对象的表现和导航的组织，通常采用线性结构、网格结构、层次结构、网络结构四种结构及其组合。
4. 导航设计:定义导航路径，使用户可以访问WebApp的内容和功能。